分布式光伏发电与能源可持续利用

孙康杰，王 经，2，

（1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240；2.上海市能源研究会，上海 200020）

0 引言

进入21世纪以来，世界各国的能源政策都在力求发展可再生能源，以解决化石燃料日益匮乏带来的能源危机。据英国石油公司（BP）2013年6月发布的《BP世界能源统计年鉴》的数据，北美洲（美国、加拿大和墨西哥等国）2012可再生能源消费量占总量的比例达24%；欧洲及欧亚大陆国家（奥地利、比利时、瑞士等国）则达到41.7%。以德国为例，新能源发电（主要为光伏发电和风力发电）日发电量高达3 000万W，约占总负荷50%。中国的统计数据显示，2012年，可再生能源包括风能、太阳能、地热、生物和垃圾发电等的消费总量达到31.9 Mt油当量，占能量消耗总量的13.4%［1］。因此，我国在制定能源可持续利用和发展战略时，必须大力发展可再生能源，走绿色能源之路，而分布式光伏发电已成为当今世界最有希望的可再生能源资源之一。

1 欧美等发达国家分布式光伏发电站的发展现状

1.1 应用现状

20世纪60年代，美国率先开发分布式光伏发电装置，在人造地球卫星上使用太阳能作为能源之一。20世纪70年代，美国、以色列等国大量使用分布式光伏发电装置，并使之商业化，大力推广民用屋顶光伏发电站。1983年，美国在加州建成当时世界最大分布式光伏发电站，装机容量达1 600万W。日本于1964年实施补助奖励办法，推广每户3 000 W的“市电并联型太阳能光电系统”，政策规定：第一年政府补助49%经费；以后逐年减少补助。日照充足时，自家发电系统供应负载，若有节余另行储存。当由于日照不足造成发电量不足或不发电时，所需电力由电力公司提供。这在当时对许多市民具有较大吸引，1996年日本有2 600户安装分布式光伏发电系统，1997年达9 400户，总装机容量达3 200万W［2］。

德国关闭核电站的能源转型工程大大加快了分布式光伏发电装置的应用。截止到2011年底，德国光伏装机容量达到24.8 GW，到2012年8月底，光伏发电装机容量达30 GW，其中80%的容量是从低压电网接入的；意大利的光伏发电装置装机容量达12 GW，奥地利太阳能光伏发电装置装机容量达170 MW。正是由于大量分布式电源的涌入，2013年6月德国与其邻国波兰发生了关于可再生能源电力注入电网、干扰电网正常运行的矛盾和争议。

1.2 接入技术标准与规范

由于现有配电网并没有考虑分布式电源的接入，而光伏发电的接入将会给其运行管理与电能质量带来一系列问题。为此，欧盟以及欧洲各国制定了一系列技术标准与规范，明确分布式电源并网的技术要求，为光伏发电系统并网提供了法律和技术上的保障。在20世纪90年代初，国际上对分布式电源并网采取了“即接即忘（Fit and forget）”的做法，即将分布式电源看作“负功率”负荷而忽略其影响，或者说不用对现有配电网网架、保护控制手段以及运行管理方式进行调整和改造。“即接即忘”的前提是严格控制分布式电源的接入容量，使其不对现有配电网产生实质性的影响，例如，美国电网企业曾要求一条馈线上接入的分布式电源的容量不大于其最小负荷功率的10%［3］。

进入21世纪，分布式电源迅速发展，大量的分布式电源需要并网，“即接即忘”的原则已不能适应这种情况，因而一些先进国家转而制定了更为积极的技术标准。德国电力协会（VDEW）分别于1998年与2001年颁布了分布式电源接入中压与低压配电网的技术导则，对分布式电源对电能质量的影响及其保护措施提出了要求，但没有对分布式电源的容量做出硬性限制。这就意味着在保证配电网安全（不超载、短路容量不超标）与电能质量合格的前提下，可最大程度地接纳分布式电源。德国低压配电线路实际接入的分布式电源总容量有的已接近其设计的额定容量。一些电网企业采取了更换一次设备、安装短路电流限制器与应用电能质量控制装置等技术措施，来提高配电网接纳分布式电源电力的能力。

德国配电网在中午光伏发电的高峰时段，出现了阻塞现象；当电网频率与电压发生变化时，反孤岛保护动作，大量的光伏系统脱网，也给电力系统的稳定运行带来严重影响。为此，欧盟及欧洲各国纷纷开展了有源配电网技术的研究，应用通信与智能控制技术，采取更加积极主动的控制与保护措施，确保配电网安全稳定运行，进一步提高其接纳分布式电源电力的能力。

2 国内分布光伏发电的发展历程和现状

2.1 发展历程

20世纪80年代，我国开始引进太阳能光伏电池板生产线，由于太阳能光伏电池板可以出口赚取外汇的利益驱动，在2002年无锡尚德的迅速崛起带动下，2006年全国光伏电池板产量达到438 MW，2007年达到1 188 MW。太阳能光伏电池板产能超过欧洲、日本成为世界第一，所占全球总产量百分比从2002年的1.07%达到2008年的15%［4］。但光伏电池板的大规模生产并未带动我国太阳能光伏发电事业的发展，其原因是成本太高。

2.2 政策支持

2011年以来，国家发改委、国家能源局、国家财政部相继出台一系列支持、鼓励太阳能光伏发电的政策。

2012年10月国家电网公司组织编制了《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见（暂行）》、《关于促进分布式光伏发电并网管理工作的意见（暂行）》以及《分布式光伏发电接入配电网相关技术规定（暂行）》。2012年10月26日，国家电网公司公布的《分布式光伏发电的服务意见》解决了分布式发电并网难这一难题。国家电网公司为光伏发电提供优质服务，即并网无需到国家发改委审批，改由电网公司备案，6 MW以下的分布式电站还免收接入费。2013年7月，国家发改委下达正式文件，印发了《分布式发电管理暂行办法》的通知；国务院（2013）24号文件《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》；国家能源局（2013）267号文件国家能源局综合司关于征求《分布式光伏发电项目管理暂行办法》意见的函及附件；国家财政部（2013）390号《关于分布式光伏发电实行按电量补贴政策有关问题的通知》，明确了对太阳能光伏发电、其他分布式发电项目的管理、财政补贴政策。

2.3 应用现状

这些优惠政策不仅对太阳能光伏发电企业补贴力度大，而且非常科学合理。例如，家庭屋顶太阳能光伏发电站每生产一度电就可以获得国家0.42元的补贴，使得普通家庭建设太阳能光伏发电站的投资在短期内得到回收。但相对于欧洲尤其是德国，我国的分布式光伏发电系统尚处于起步状态。

2012年底，中国首个居民用户分布式光伏电源在青岛实现并网发电，从申请安装到并网发电，整个过程用了18天就全部完成。2013年7月2日，攀枝花学院2.1 MW太阳能屋顶光伏发电项目建成投运，装机容量为2.1 MW，总投资达3 738万元，年发电量达261.01万k Wh，每年可节约标煤886 t，减少二氧化碳排放量1 933.12 t，减少二氧化硫排放量13.10 t。这些范例表明，公共服务领域建设分布式光伏电站具有很强的节能减排效应［5］。

在政府大力鼓励发展分布式光伏发电的政策推动下，生态农业与光伏的结合正在建成一些成功的项目。如：江西省首家现代化养殖场光伏屋顶发电站在东乡县江西东华种畜禽有限公司竣工并正式投入运营，项目总投资为550万元，总容量为282.72 k W。项目采用光伏发电，自发自用，余量上网，能量循环，既能满足现代化养殖场的生产和生活用电，又可实现节能减排，还能余电并网带来可观利润。2013年9月1日国内首个分布式光伏发电设备超市在浙江省台州市建成。该超市面向潜力巨大的家用和商用屋顶光伏发电市场，为顾客提供产品体验、设备选型和方案设计等一站式购物服务，方便了分布式光伏发电站的普及建设。

3 关于发展分布式光伏发电的建议

1）必须大力推进近期国家对分布式太阳能光伏发电系统相关补贴政策与标准的执行，同时简化不必要的审批程序和相关费用，从根本上促进光伏发电产业化的发展。建议上海市政府应制定相关政策，对污染严重区强制执行光伏发电份额。借鉴国外经验，立法要求如果某地区PM2.5数值超标，则必须保证一定比例的新能源发电量，这是因为光伏发电的高成本与煤炭发电相比还是难有市场竞争力。

2）建议采取经济杠杆保证光伏发电装机容量持续稳定增长。德国可再生能源法规定了光伏发电的补贴办法，对于屋顶光伏和地面光伏等各类光伏发电的应用模式，其规模不同，补贴力度不同。德国2012年最新修改的法律规定，光伏发电的每千瓦时上网电价从17.94欧分到24.43欧分；未来12个月内如果安装容量超过350万k W，上网电价下降3%；如果超过750万k W，上网电价下降15%。在挽救国内的光伏企业的同时，需要采取合理的策略保证其稳步发展［6，7］。

3）建议制定合理的分布式光伏发电管理方式，保证电网的安全运行。例如西班牙政府要求某一区域安装的分布式电源的容量应保持为该区域的峰值负荷的50%以下，尽量避免分布式电源反送电。德国要求100 k W以上的分布式电源必须安装远程通信和控制装置，以便调度实时了解其出力，并且可以进行调度。

4）要加速研发与应用人才培养。组织科研力量解决太阳能光伏发电系统关键技术问题，包括高效转换率、电池板多晶硅加工工艺、高质量国产逆变器、控制仪表，并网技术等。同时，在有相关研究背景和技术力量的大学、科研院所开设可再生能源技术课程，制定中短期专业技能培训计划，既培养有高素质的科技领军人物，又培养经验丰富的工程技术人员。

［1］ 张伯泉.风力和太阳能光伏等发电现状及发展趋势［J］.中国电力，2006，39（6）：65-69.

［2］ 赵玉文.太阳能利用的发展状况和未来趋势［J］.中国电力，2003，36（9）：63-69.

［3］ 日本太阳能协会.太阳能光伏发电系统的设计与施工［M］.北京：科学出版社，2006.

［4］ 刘宏，吴达成，杨志刚，等.家用太阳能光伏电源系统［M］.北京：化学工业出版社，2007.

［5］ 王经.能源可持续利用与能源经济学［M］.上海：上海交通大学教材出版社，1998.

［6］ 雷一，赵争鸣.大容量光伏发电关键技术与并网影响综述［J］.电力电子，2010（3）：16-23.

［7］ 刘杨华，吴政球，涂有庆，等.分布式发电及其并网技术综述［J］.电网技术，2008，32（15）：58-63.